Människa-robot-interaktion: Att säkerställa säkerheten i en kollaborativ värld

Arbetslivets landskap utvecklas snabbt, med robotar som blir allt mer integrerade i olika branscher. Denna integration, känd som människa-robot-interaktion (HRI), erbjuder både enorma möjligheter och potentiella utmaningar, särskilt när det gäller säkerhet. När robotar arbetar sida vid sida med människor är det avgörande att etablera robusta säkerhetsprotokoll för att minska risker och säkerställa en trygg och produktiv arbetsmiljö globalt.

Vad är människa-robot-interaktion (HRI)?

Människa-robot-interaktion (HRI) avser studiet och designen av interaktioner mellan människor och robotar. Det omfattar olika aspekter, inklusive de fysiska, kognitiva och sociala dynamikerna i dessa interaktioner. Till skillnad från traditionella industrirobotar som arbetar i isolerade burar, är kollaborativa robotar (cobotar) designade för att arbeta nära människor i delade arbetsutrymmen. Denna kollaborativa miljö kräver ett omfattande tillvägagångssätt för säkerhet.

Vikten av säkerhetsprotokoll inom HRI

Säkerhetsprotokoll inom HRI är av största vikt av flera anledningar:

Förebygga skador: Det primära målet är att förhindra skador på mänskliga arbetare. Robotar, särskilt industriella sådana, kan utöva betydande kraft och röra sig med höga hastigheter, vilket utgör en risk för kollisionsskador, klämskador och andra faror.
Öka produktiviteten: En säker arbetsmiljö främjar förtroende och tillit bland arbetare, vilket leder till ökad produktivitet och effektivitet. När arbetare känner sig säkra är de mer benägna att anamma kollaborativ robotik.
Säkerställa regelefterlevnad: Många länder har regler och standarder som styr användningen av industrirobotar. Att följa dessa standarder är avgörande för laglig efterlevnad och för att undvika påföljder.
Etiska överväganden: Utöver juridiska och praktiska överväganden finns det ett etiskt imperativ att skydda mänskliga arbetare från skada. Ansvarsfull implementering av robotik kräver att säkerheten prioriteras över allt annat.

Viktiga säkerhetsstandarder och regelverk

Flera internationella standarder och regelverk ger vägledning för att säkerställa säkerheten inom HRI. Några av de viktigaste inkluderar:

ISO 10218: Denna standard specificerar säkerhetskrav för industrirobotar och robotsystem. Den behandlar olika faror, inklusive klämning, skärning, kollision och intrassling. ISO 10218-1 fokuserar på robotdesign, medan ISO 10218-2 fokuserar på integration av robotsystem.
ISO/TS 15066: Denna tekniska specifikation ger säkerhetskrav för kollaborativa robotar. Den bygger på ISO 10218 och tar upp de unika utmaningarna med att arbeta tillsammans med robotar i delade arbetsutrymmen. Den definierar fyra kollaborativa tekniker: säkerhetsklassat övervakat stopp, handstyrning, övervakning av hastighet och separation, samt effekt- och kraftbegränsning.
ANSI/RIA R15.06: Denna amerikanska nationella standard ger säkerhetskrav för industrirobotar och robotsystem. Den liknar ISO 10218 och används i stor utsträckning i Nordamerika.
Europeiska maskindirektivet 2006/42/EG: Detta direktiv fastställer väsentliga hälso- och säkerhetskrav för maskiner, inklusive industrirobotar, som säljs inom Europeiska unionen.

Dessa standarder utgör ett ramverk för att bedöma risker, implementera säkerhetsåtgärder och säkerställa att robotar fungerar säkert i en kollaborativ miljö. Det är avgörande för företag som använder robotar att vara medvetna om och följa de regelverk som är relevanta för deras region.

Riskbedömning inom HRI

En grundlig riskbedömning är ett grundläggande steg för att säkerställa säkerheten inom HRI. Riskbedömningsprocessen innefattar att identifiera potentiella faror, utvärdera sannolikheten för och allvaret av skada, samt att implementera kontrollåtgärder för att minska riskerna. Viktiga steg i riskbedömningsprocessen inkluderar:

Identifiering av faror: Identifiera alla potentiella faror som är förknippade med robotsystemet, inklusive mekaniska faror (t.ex. klämning, skärning, kollision), elektriska faror och ergonomiska faror.
Riskanalys: Utvärdera sannolikheten och allvaret för varje fara. Detta innebär att man beaktar faktorer som robotens hastighet, kraft och rörelseomfång, samt frekvensen och varaktigheten av mänsklig interaktion.
Riskvärdering: Avgör om riskerna är acceptabla eller om de kräver ytterligare åtgärder. Detta innebär att man jämför riskerna med etablerade riskacceptanskriterier.
Riskkontroll: Implementera kontrollåtgärder för att minska riskerna till en acceptabel nivå. Dessa åtgärder kan inkludera tekniska kontroller (t.ex. säkerhetsanordningar, skydd), administrativa kontroller (t.ex. utbildning, rutiner) och personlig skyddsutrustning (PSU).
Verifiering och validering: Verifiera att kontrollåtgärderna är effektiva för att minska riskerna och validera att robotsystemet fungerar säkert som avsett.
Dokumentation: Dokumentera hela riskbedömningsprocessen, inklusive de identifierade farorna, riskanalysen, riskvärderingen och de implementerade kontrollåtgärderna.

Exempel: En riskbedömning för en cobot som används i en förpackningsapplikation kan identifiera faran att en arbetares hand kläms mellan robotarmen och ett transportband. Riskanalysen skulle beakta robotarmens hastighet och kraft, arbetarens närhet till roboten och uppgiftens frekvens. Kontrollåtgärder kan inkludera att minska robotens hastighet, installera en säkerhetsljusridå som stoppar roboten om en arbetare kommer in i farozonen och förse arbetare med handskar för att skydda händerna. Kontinuerlig övervakning och granskning av riskbedömningen är viktigt för att anpassa sig till förändringar och nya potentiella faror.

Design för säkerhet inom HRI

Säkerhet bör vara en primär hänsyn genom hela designprocessen för robotsystem. Flera designprinciper kan förbättra säkerheten inom HRI:

Säkerhetsklassat övervakat stopp: Denna teknik gör att roboten kan fortsätta arbeta så länge en person detekteras inom det kollaborativa arbetsområdet, men stoppar roboten om personen kommer för nära.
Handstyrning: Detta gör det möjligt för en operatör att fysiskt guida robotens rörelser för att lära in nya uppgifter eller för att utföra uppgifter som kräver manuell fingerfärdighet. Roboten rör sig endast när operatören håller i manöverdonet eller styr robotens arm.
Övervakning av hastighet och separation: Denna teknik övervakar kontinuerligt avståndet mellan roboten och den mänskliga arbetaren och anpassar robotens hastighet därefter. Om arbetaren kommer för nära saktar roboten ner eller stannar helt.
Effekt- och kraftbegränsning: Denna design begränsar robotens effekt och kraft för att förhindra skador i händelse av en kollision med en mänsklig arbetare. Detta kan uppnås genom kraftsensorer, momentsensorer och eftergivliga material.
Ergonomisk design: Designa robotsystemet för att minimera ergonomiska faror, såsom repetitiva rörelser, obekväma arbetsställningar och överdriven kraft. Detta kan hjälpa till att förebygga belastningsskador och förbättra arbetarens komfort.
Människa-maskin-gränssnitt (HMI): HMI:et bör vara intuitivt och lätt att använda, och ge tydlig och koncis information om robotens status och eventuella faror. Det bör också göra det möjligt för arbetare att enkelt styra roboten och reagera på larm.
Säkerhetsanordningar: Införliva säkerhetsanordningar som ljusridåer, laserskannrar, tryckkänsliga mattor och nödstoppsknappar för att ge ytterligare skyddslager.
Skydd: Använd fysiska barriärer för att förhindra att arbetare kommer in i robotens arbetsområde. Detta är särskilt viktigt för högriskapplikationer där roboten utgör en betydande fara.

Exempel: En cobot som är designad för att montera elektroniska komponenter kan ha kraftsensorer i sin ändeffektor för att begränsa den kraft den kan utöva på komponenterna. Detta förhindrar skador på komponenterna och minskar risken för skador på arbetaren. Robotens HMI kan visa den applicerade kraften, vilket gör att arbetaren kan övervaka processen och ingripa vid behov.

Utbildning och undervisning

Korrekt utbildning och undervisning är avgörande för att säkerställa att arbetare förstår riskerna med HRI och hur man använder robotsystem på ett säkert sätt. Utbildningsprogram bör omfatta ämnen som:

Principer och regelverk för robotsäkerhet.
Procedurer för riskbedömning.
Säkra driftprocedurer för det specifika robotsystemet.
Procedurer för nödstopp.
Korrekt användning av säkerhetsanordningar och PSU.
Procedurer för felsökning och underhåll.
Rapporteringsrutiner för olyckor och tillbud.

Utbildning bör ges till alla arbetare som kommer att interagera med robotsystemet, inklusive operatörer, programmerare, underhållspersonal och arbetsledare. Repetitionsutbildning bör ges regelbundet för att säkerställa att arbetarna håller sig uppdaterade om de senaste säkerhetspraxiserna.

Exempel: Ett tillverkningsföretag som använder cobotar för svetsapplikationer bör ge omfattande utbildning till sina svetsoperatörer. Utbildningen bör omfatta ämnen som robotsäkerhetsprinciper, riskbedömningsprocedurer, säkra svetspraxisar och korrekt användning av svets-PSU. Utbildningen bör också inkludera praktisk övning med coboten under överinseende av en kvalificerad instruktör.

Övervakning och underhåll

Regelbunden övervakning och underhåll är avgörande för att säkerställa att robotsystem fortsätter att fungera säkert över tid. Övervakningsaktiviteter bör inkludera:

Regelbundna inspektioner av robotsystemet för att identifiera tecken på slitage, skada eller funktionsfel.
Övervakning av säkerhetsanordningar för att säkerställa att de fungerar korrekt.
Regelbundna revisioner av säkerhetsrutiner för att säkerställa att de följs.
Analys av data från olyckor och tillbud för att identifiera trender och förbättringsområden.

Underhållsaktiviteter bör inkludera:

Regelbunden smörjning och rengöring av robotsystemet.
Byte av slitna eller skadade delar.
Kalibrering av sensorer och ställdon.
Uppdatering av programvara och firmware.
Verifiering och validering av säkerhetsfunktioner efter underhållsaktiviteter.

Underhåll bör utföras av kvalificerad personal som har utbildats på det specifika robotsystemet. Alla underhållsaktiviteter bör dokumenteras och spåras.

Exempel: Ett logistikföretag som använder automatiserade styrda fordon (AGV) i sitt lager bör genomföra regelbundna inspektioner av AGV:erna för att säkerställa att deras sensorer, bromsar och säkerhetsanordningar fungerar korrekt. Företaget bör också övervaka AGV:ernas navigeringsvägar för att identifiera potentiella faror, såsom hinder eller förändringar i lagerlayouten.

Teknikens roll för att förbättra HRI-säkerheten

Avancerad teknik spelar en allt viktigare roll för att förbättra säkerheten inom HRI:

Visionsystem: Visionsystem kan användas för att upptäcka mänsklig närvaro i robotens arbetsområde och för att övervaka mänskliga rörelser. Denna information kan användas för att justera robotens hastighet och bana eller för att stoppa roboten helt om en kollision är nära förestående.
Kraftsensorer: Kraftsensorer kan användas för att mäta den kraft som utövas av roboten och för att begränsa kraften till en säker nivå. Detta kan förhindra skador i händelse av en kollision med en mänsklig arbetare.
Närhetssensorer: Närhetssensorer kan användas för att upptäcka närvaron av en mänsklig arbetare nära roboten och för att sakta ner eller stoppa roboten innan en kollision inträffar.
Artificiell intelligens (AI): AI kan användas för att förbättra robotens uppfattning av sin omgivning och för att förutsäga mänskliga rörelser. Detta kan göra det möjligt för roboten att reagera snabbare och mer effektivt på potentiella faror.
Virtuell verklighet (VR) och förstärkt verklighet (AR): VR och AR kan användas för att utbilda arbetare i säkra driftprocedurer och för att simulera potentiella faror. Detta kan hjälpa arbetare att utveckla de färdigheter och kunskaper som behövs för att arbeta säkert med robotar.
Trådlös kommunikation: Trådlös kommunikationsteknik möjliggör realtidsövervakning av robotens prestanda och miljö. Detta kan underlätta fjärrstyrning, diagnostik och säkerhetsingripanden.

Exempel: En biltillverkare som använder robotar för målningsapplikationer kan införliva ett visionsystem för att upptäcka när en arbetare går in i målarbåset. Visionsystemet kan automatiskt stänga av roboten för att förhindra att arbetaren utsätts för skadliga färgångor. Dessutom kan bärbara sensorer på arbetaren övervaka deras närhet till roboten och varna dem för potentiella faror genom haptisk feedback.

Att hantera etiska överväganden inom HRI-säkerhet

Utöver tekniska och regulatoriska aspekter är etiska överväganden avgörande för HRI-säkerheten. Dessa omfattar:

Transparens och förklarbarhet: Robotsystem bör vara utformade för att vara transparenta och förklarbara, så att arbetare kan förstå hur de fungerar och hur de fattar beslut. Detta kan bidra till att bygga förtroende och tillit till robotsystemet.
Ansvarsskyldighet: Det är viktigt att fastställa tydliga ansvarslinjer för säkerheten hos robotsystem. Detta inkluderar att identifiera vem som är ansvarig för att designa, driftsätta och underhålla robotsystemet, samt vem som är ansvarig för att reagera på olyckor och tillbud.
Rättvisa och jämlikhet: Robotsystem bör utformas och driftsättas på ett sätt som är rättvist och jämlikt för alla arbetare. Detta innebär att säkerställa att alla arbetare har tillgång till den utbildning och de resurser de behöver för att arbeta säkert med robotar, och att inga arbetare utsätts för oproportionerligt stora risker.
Arbetsförlust: Potentialen för arbetsförlust är en betydande etisk fråga i samband med införandet av robotar. Företag bör överväga effekterna av robotisering på sin arbetskraft och vidta åtgärder för att mildra eventuella negativa konsekvenser, såsom att erbjuda omskolningsmöjligheter för fördrivna arbetare.
Dataintegritet och säkerhet: Robotsystem samlar ofta in och bearbetar stora mängder data om mänskliga arbetare. Det är viktigt att skydda integriteten och säkerheten för dessa data och att säkerställa att de inte används på ett sätt som är diskriminerande eller skadligt.

Exempel: Ett detaljhandelsföretag som använder robotar för lagerhantering bör vara transparent mot sina anställda om hur robotarna fungerar och hur de används. Företaget bör också fastställa tydliga ansvarslinjer för robotarnas säkerhet och vidta åtgärder för att skydda integriteten och säkerheten för de data som samlas in av robotarna.

Framtida trender inom HRI-säkerhet

Fältet HRI utvecklas ständigt, och nya trender växer fram som kommer att forma framtiden för HRI-säkerhet:

Avancerad sensorteknik: Nya sensortekniker, som 3D-kameror, lidar och radar, ger robotar en mer detaljerad och exakt förståelse av sin omgivning. Detta gör det möjligt för robotar att reagera snabbare och mer effektivt på potentiella faror.
AI-drivna säkerhetssystem: AI används för att utveckla mer sofistikerade säkerhetssystem som kan förutsäga och förhindra olyckor. Dessa system kan lära sig av tidigare incidenter och anpassa sig till förändrade förhållanden.
Kollaborativa robotar som en tjänst (Cobots-as-a-Service): Modeller med Cobots-as-a-Service gör kollaborativa robotar mer tillgängliga för små och medelstora företag (SMF). Detta driver på införandet av kollaborativ robotik i ett bredare spektrum av branscher.
Människocentrerad design: Det finns en växande betoning på människocentrerad design inom HRI. Detta innebär att designa robotsystem som är intuitiva, lätta att använda och säkra för mänskliga arbetare.
Standardisering och certifiering: Ansträngningar pågår för att utveckla mer omfattande standarder och certifieringsprogram för HRI-säkerhet. Detta kommer att bidra till att säkerställa att robotsystem är säkra och tillförlitliga.
Digitala tvillingar: Att skapa digitala tvillingar av arbetsytan möjliggör virtuell simulering av robotinteraktioner, vilket möjliggör omfattande säkerhetstester och optimering före fysisk driftsättning.

Globala exempel på implementering av HRI-säkerhet

Bilindustrin (Tyskland): Företag som BMW och Volkswagen använder kollaborativa robotar för monteringsuppgifter och implementerar avancerad sensorteknik och AI-drivna säkerhetssystem för att garantera arbetarnas säkerhet. De följer strikta tyska och europeiska säkerhetsföreskrifter.

Elektroniktillverkning (Japan): Fanuc och Yaskawa, ledande robotföretag, fokuserar på att utveckla robotar med integrerade säkerhetsfunktioner, såsom kraftbegränsande ändeffektorer och avancerade visionsystem, för att möjliggöra säkert samarbete i monteringslinjer för elektronik. Japans starka betoning på kvalitet och precision kräver höga säkerhetsstandarder.

Logistik och lagerhållning (USA): Amazon och andra stora logistikföretag använder AGV:er och autonoma mobila robotar (AMR) i sina lager, och utnyttjar avancerade navigeringssystem och närhetssensorer för att förhindra kollisioner och garantera arbetarnas säkerhet. De investerar också i utbildningsprogram för arbetare för att främja säker interaktion med robotar.

Livsmedelsförädling (Danmark): Företag i Danmark använder kollaborativa robotar för uppgifter som förpackning och kvalitetskontroll, och implementerar strikta hygienprotokoll och säkerhetsåtgärder för att förhindra kontaminering och garantera arbetarnas säkerhet. Danmarks fokus på hållbarhet och arbetarnas välbefinnande driver höga säkerhetsstandarder.

Flygindustrin (Frankrike): Airbus och andra flygindustriföretag använder robotar för uppgifter som borrning och målning, och implementerar avancerade säkerhetssystem och övervakningstekniker för att förhindra olyckor och garantera arbetarnas säkerhet. De stränga kraven inom flygindustrin kräver omfattande säkerhetsåtgärder.

Slutsats

Att säkerställa säkerheten i människa-robot-interaktion är inte bara en teknisk utmaning, utan en mångfacetterad strävan som kräver ett holistiskt tillvägagångssätt. Från att följa internationella standarder och genomföra grundliga riskbedömningar till att designa för säkerhet, tillhandahålla omfattande utbildning och anamma tekniska framsteg, spelar varje aspekt en avgörande roll för att skapa en säker och produktiv kollaborativ miljö. I takt med att robotar blir allt mer integrerade i den globala arbetskraften kommer prioritering av säkerhet att vara avgörande för att främja förtroende, öka produktiviteten och forma en framtid där människor och robotar kan arbeta tillsammans i harmoni.

Genom att anamma dessa principer och främja en säkerhetskultur kan organisationer världen över frigöra den fulla potentialen hos HRI samtidigt som de skyddar sin arbetsstyrkas välbefinnande. Detta proaktiva tillvägagångssätt minskar inte bara risker utan bygger också en grund för hållbar tillväxt och innovation i den kollaborativa robotikens tidsålder.